近日，杭州電(dian)子科技大學電(dian)子信(xin)息學院研究人員(yuan)在國際(ji)期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了(le)題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA質構(gou)儀用于測(ce)定有機水(shui)凝膠(jiao)的機械性(xing)能和抗(kang)疲勞性能等(deng)指標。

自供電壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有效解決(jue)電子(zi)皮膚的供(gong)電問(wen)題。然而(er)，制造(zao)出模量與(yu)人類皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有(you)機水凝(ning)膠作為電子(zi)皮膚用壓(ya)電傳感(gan)器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構成主要(yao)網絡，促進了(le) PVDF 中電活性 β 相的(de)形成，并確(que)保了(le)有機(ji)水凝膠傳(chuan)感器(qi)的壓電(dian)性能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫(qing)鍵來增強交聯(lian)密度和機械(xie)性能(neng)，同時還充當膠(jiao)凝劑(ji)以減少 PVA 結晶(jing)。此外，有(you)機溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該有機水(shui)凝膠(jiao)在 100 次壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后展現出優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能。而(er)且，有機(ji)水凝膠壓電傳(chuan)感器(qi)有著令(ling)人矚目的約 8 毫(hao)秒的響應時(shi)間以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再(zai)者，該壓(ya)電有機(ji)水凝膠(jiao)表現出出色的(de)抗凍(dong)性能，即便在低(di)溫下冷凍 10 天之(zhi)后仍能保(bao)留其(qi)機械(xie)和壓電特性?；?ji)于 PVDF 的有機(ji)水凝(ning)膠已被證實，在(zai)無需外部(bu)電源的情況(kuang)下，對于人體運(yun)動檢測有著重(zhong)大的應(ying)用潛力。

機械性(xing)能對(dui)于壓(ya)電有機水(shui)凝膠作(zuo)為傳感(gan)器在電子皮(pi)膚中的應用尤(you)為重要(yao)。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）對有機(ji)水凝膠機械(xie)性能的影響(xiang)，我們對含(han)有不同聚丙烯(xi)酸含量的有機(ji)水凝(ning)膠的彈性性能(neng)進行了測試(shi)。在應(ying)力-應變曲(qu)線圖中(zhong)可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(ji)水凝膠(jiao)表現出(chu)較低的抗壓能(neng)力，在(zai)受到 45% 的壓縮應(ying)變時(shi)就會(hui)發(fā)生破裂。相(xiang)比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xian)出了更強的(de)機械性能，因(yin)為它(ta)能夠承受高(gao)達 0.17 Mpa的應力而(er)不會破裂。隨(sui)著PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機水凝(ning)膠的壓縮強(qiang)度和模量(liang)也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的改(gai)善歸因于(yu)PA中羥基所促(cu)成的(de)眾多氫(qing)鍵，這些羥基(ji)會與PVA中的(de)羥基發(fā)生(sheng)物理交(jiao)聯。這些增(zeng)強的分子間相(xiang)互作用(yong)顯著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝膠(jiao)的機械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所(suo)下降(jiang)，這表(biao)明隨著PA含(han)量進一步增加(jia)，有機水凝膠(jiao)的機械性能出(chu)現了下滑(hua)。隨著PA過量增(zeng)加，更多的(de)氫鍵形成，這(zhe)會減少PVA內(nei)部分子間(jian)的氫鍵(jian)，進而導致有(you)機水凝(ning)膠的網絡結(jie)構變得疏(shu)松。為(wei)了進一(yi)步探究有機(ji)水凝(ning)膠的(de)機械耐久性(xing)，我們對在應力(li)測試中表(biao)現最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠進(jin)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝(ning)膠的機械(xie)穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性(xing)能十(shi)分出色(se)，這從(cong)其經過 100 次循環(huán)(huan)后仍保持(chi)一致的曲線（疲(pi)勞測試(shi)）便可得到(dao)證明。在(zai) 50% 的壓(ya)縮應變(bian)下，該有機水凝(ning)膠的應力曲線(xian)在經過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微(wei)小的滯后(hou)現象(xiang)。